Penyambungan mewakili proses penting semasa transkripsi dalam inti eukariota, di mana mRNA matang muncul dari pra-mRNA. Dalam proses ini, intron yang masih ada dalam pra-mRNA setelah transkripsi dikeluarkan, dan baki ekson digabungkan untuk membentuk mRNA akhir.
Apa itu penyambungan?
Langkah pertama masuk gen ungkapan disebut transkripsi. Dalam proses ini, RNA disintesis, menggunakan DNA sebagai templatnya. Dogma pusat biologi molekul adalah bahawa aliran maklumat genetik adalah dari DNA pembawa maklumat ke RNA ke protein. Langkah pertama masuk gen ungkapan adalah transkripsi. Dalam proses ini, RNA disintesis, menggunakan DNA sebagai templat. DNA adalah pembawa maklumat genetik, yang disimpan di sana dengan bantuan kod yang terdiri daripada empat asas adenin, timin, guanin dan sitosin. Semasa transkripsi, kompleks protein polimerase RNA membaca urutan asas DNA dan menghasilkan "RNA pra-utusan" yang sesuai (singkatnya pra-mRNA). Dalam proses ini, uracil selalu dimasukkan dan bukannya timin. Gen terdiri daripada ekson dan intron. Exon adalah bahagian bahan genetik yang sebenarnya menyandikan maklumat genetik. Intron, sebaliknya, mewakili bahagian bukan pengekodan dalam a gen. Gen yang tersimpan di DNA diselingi dengan segmen panjang yang tidak sesuai asid amino dalam protein kemudian dan tidak menyumbang kepada terjemahan. Gen boleh mempunyai hingga 60 intron, dengan panjang antara 35 dan 100,000 nukleotida. Rata-rata, intron ini sepuluh kali lebih lama daripada ekson. Pra-mRNA yang terbentuk pada langkah pertama transkripsi, juga sering disebut sebagai mRNA belum matang, masih mengandungi ekson dan intron. Di sinilah proses penyambungan bermula. Intron mesti dikeluarkan dari pra-mRNA dan selebihnya ekson mesti dihubungkan bersama. Barulah mRNA yang matang meninggalkan inti dan memulakan terjemahan. Penyambungan kebanyakannya dilakukan dengan bantuan spliceosome. Ini terdiri daripada lima snRNP (zarah ribonukleoprotein nuklear kecil). Setiap snRNP ini terdiri daripada snRNA dan protein. Sebilangan yang lain protein yang bukan merupakan sebahagian daripada snRNP juga merupakan bahagian dari spliceosome. Spliceosomes dibahagikan kepada spliceosome utama dan minor. Spliceosome utama memproses lebih daripada 95% dari semua intron manusia, dan spliceosome minor terutama menangani intron ATAC. Untuk menjelaskan penyambungan, Richard John Roberts dan Phillip A. Sharp dianugerahkan Hadiah Nobel dalam Perubatan pada tahun 1993. Untuk penyelidikan mereka mengenai penyambungan alternatif dan tindakan pemangkin RNA, Thomas R. Cech dan Sidney Altman menerima Hadiah Nobel dalam Kimia pada tahun 1989 .
Fungsi dan tugas
Dalam proses penyambungan, spliceosome terbentuk setiap kali dari bahagian-bahagiannya. Pada mamalia, snRNP U1 pertama kali melekat pada tapak splice 5′ dan memulakan pembentukan spliceosome yang lain. SnRNP U2 mengikat ke laman bercabang intron. Berikutan ini, tri-snRNP juga mengikat. Spliceosome memangkinkan reaksi splicing dengan dua transesterifikasi berturut-turut. Pada bahagian pertama tindak balas, a oksigen atom dari kumpulan 2′-OH sebuah trifosfat dari "urutan titik cabang" (BPS) menyerang a fosforus atom ikatan fosfodiester di tapak sambatan 5′. Ini melepaskan ekson 5′ dan intron beredar. The oksigen atom kumpulan 3′-OH yang kini bebas dari 5′-ekson kini mengikat ke laman sambung 3′, menghubungkan kedua-dua ekson dan melepaskan intron. Oleh itu, intron dibawa ke dalam bentuk berbentuk schligen, yang disebut lariat, yang kemudiannya terdegradasi. Sebaliknya, spliceosomes tidak berperanan dalam penyambungan autokatalitik (self-splicing). Di sini, intron dikecualikan daripada terjemahan oleh struktur sekunder RNA itu sendiri. Penyambungan enzimatik tRNA (transfer RNA) berlaku di eukariota dan archeae, tetapi tidak di bakteria. Proses penyambungan mesti berlaku dengan ketepatan yang melampau tepat pada sempadan exon-intron, kerana penyimpangan oleh satu nukleotida sahaja akan membawa kepada pengekodan yang salah dari asid amino dan dengan demikian pembentukannya sama sekali berbeza protein. Penyambungan pra-mRNA boleh berbeza-beza kerana pengaruh persekitaran atau jenis tisu. Ini bermaksud bahawa protein yang berlainan dapat dibentuk dari urutan DNA yang sama dan dengan itu pra-mRNA yang sama. Proses ini dipanggil penyambungan alternatif. Sel manusia mengandungi kira-kira 20,000 gen, tetapi mampu membentuk beberapa ratus ribu protein kerana penyambungan alternatif. Kira-kira 30% daripada semua gen manusia menunjukkan penyambungan alternatif. Penyambungan telah memainkan peranan utama dalam proses evolusi. Exon sering menyandikan domain tunggal protein, yang dapat digabungkan dengan pelbagai cara. Ini bermaksud bahawa sebilangan besar protein dengan fungsi yang sama sekali berbeza dapat dihasilkan dari beberapa ekson sahaja. Proses ini dipanggil exon-shuffling.
Penyakit dan gangguan
Sebilangan penyakit yang diwarisi boleh timbul berkait rapat dengan penyambungan. Mutasi pada intron bukan pengekodan biasanya tidak berlaku membawa kecacatan dalam pembentukan protein. Walau bagaimanapun, jika terjadi mutasi pada bahagian intron yang penting untuk pengaturan penyambungan, ini dapat terjadi membawa untuk penyambungan pra-mRNA yang rosak. MRNA matang yang dihasilkan kemudian mengekod protein yang rosak atau, dalam keadaan terburuk, merosakkan protein. Ini adalah kes, misalnya, dalam beberapa jenis beta-talasemia, turun temurun anemia. Wakil penyakit lain yang timbul dengan cara ini termasuk Sindrom Ehlers-Danlos (EDS) jenis II dan atrofi otot tulang belakang.
